Frage:
Wenn der Mond eine Spiegeloberfläche hätte, würde die Erde bei Vollmond genauso beleuchtet sein wie die Sonne, oder würde sie eine andere Spiegelform erfordern?
descheleschilder
2017-02-15 18:57:27 UTC
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Angenommen, die scheinbaren Durchmesser von Sonne und Mond sind genau gleich (was der realen Situation tatsächlich sehr nahe kommt).Wenn der Mond eine perfekte Spiegeloberfläche hätte, würde das reflektierte sichtbare Licht eines Vollmonds (nachts) die Erde mit der gleichen Intensität beleuchten wie das sichtbare Licht der Sonne?

Oder würde dies nur passieren, wenn wir einen riesigen, flachen, perfekten Spiegel platzieren, der das Licht der Sonne während der Nacht reflektiert, damit jeder Mensch auf der Nachtseite der Erde die Sonne sehen kann?

Dieses Video hat eine verwandte Visualisierung: https://youtu.be/w8I25H3bnNw?t=131 In diesem Video wird der Mond als Disco-Ball betrachtet, nicht als sphärischer Spiegel, aber die Auswirkungen wären ähnlich.
Tolles Video!Es wäre eine gute Idee, ein Video von einem kreisförmigen Spiegel mit einem Durchmesser zu machen, der dem der Erde entspricht und sich im gleichen Abstand wie der Mond um die Erde dreht, um zu sehen, wie das reflektierte Sonnenlicht die dunkle Seite der Erde beleuchtet.
@Seth Es lohnt sich zu verdeutlichen, dass der Teil, mit dem Sie verbunden sind (131 Sekunden in), den Mond als Discokugel zeigt, wenn er sich in der Entfernung von der ISS befindet.
Sechs antworten:
hobbs
2017-02-16 03:35:47 UTC
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Nein, wegen der Größe ihrer Oberflächen. Nehmen wir diese vereinfachten Annahmen an:

  1. Die Erde und der Mond sind beide Kugeln 1 AE von der Sonne entfernt.
  2. Die Gesamtmenge an Sonnenlicht, die ein Objekt empfängt, ist proportional zum Raumwinkel, den es aus Sicht der Sonne einnimmt.
  3. Die Sonne und der Mond sind jeweils von einer Erdhalbkugel aus sichtbar.
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    Dann ist die Gesamtmenge an Sonnenlicht, die von der sonnenbeschienenen Erdhalbkugel empfangen wird, proportional zum Quadrat des Erdradius, während die Gesamtmenge an Sonnenlicht, die von der sonnenbeschienenen Halbkugel des Mondes empfangen wird, proportional zum Quadrat des Mondradius ist. Da der Mond ≈1 / 3.67 der Radius der Erde ist, erhält er ~ 1 / 13.5 der Gesamtmenge an Sonnenlicht.

    Selbst ein perfekt reflektierender Mond kann nicht mehr Sonnenlicht reflektieren, als er empfängt. Selbst wenn das gesamte vom Mond reflektierte Licht die Erde erreicht, würde es nur eine Helligkeit liefern, die mit einem bewölkten Tag vergleichbar ist.

    Natürlich landet aufgrund der Geometrie der größte Teil des vom Mond reflektierten Lichts nicht auf der Erde. es geht in Richtungen in den Weltraum, die die Erde vollständig verfehlen. Unter einer weiteren vereinfachenden Annahme können wir sagen, dass der Anteil, der die Erde erreicht, proportional zu dem Anteil des Mondhimmels ist, den die Erde einnimmt. Die Erde hat vom Mond aus gesehen eine scheinbare Größe von ungefähr 2 Grad, so dass ihre Winkelgröße $ 2 \ pi \ left (1 - \ cos \ frac {2 ^ \ circ} {2} \ right) \ ca. 0,00096 $ Steradiane beträgt . Eine Hemisphäre besteht aus $ 2 \ pi $ Steradianen, daher nimmt die Erde ungefähr 0,00015 Hemisphären ein (ungefähr 0,015% des Mondhimmels). Jetzt haben wir das geometrisch, ein perfekt reflektierender Mond sollte die Erde mit ungefähr $ \ frac {0,00015} {13,5} \ ungefähr \ frac {1} {90,000} $ der Intensität der Sonne beleuchten.

    Im wirklichen Leben ist das Licht eines Vollmonds ungefähr 1 / 480.000 so hell wie die Mittagssonne.Angesichts der Tatsache, dass die Albedo des Mondes je nach Einfallswinkel zwischen 0,1 und 0,2 liegt, und angesichts der enormen Vereinfachungen, die in der obigen Mathematik vorgenommen wurden, deutet dies meiner Meinung nach darauf hin, dass wir uns im richtigen Stadion befinden.

anna v
2017-02-15 20:22:30 UTC
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Sie scheinen zu fragen, ob die Reflexion der Sonne von einem sphärischen Spiegel eine konvexe Oberfläche der Reflexion von einem flachen Spiegel entspricht.

Ein konvexer Spiegel ist dispersiv

enter image description here

Das Bild im obigen Diagramm ist ein virtuelles Bild. Licht tritt tatsächlich nicht durch den Bildort. Den Beobachtern erscheint es nur so, als ob das gesamte von jedem Teil des Objekts reflektierte Licht von diesem virtuellen Bildort abweicht

Zusätzlich zur Absorption von der Oberfläche, die sowohl ein flacher als auch ein konvexer Spiegel haben würde und somit die Energie verloren gehen würde, werden viele Strahlen in den Weltraum gestreut und erreichen die Erde nicht. Ein flacher Spiegel (immer bei Vollmond) hat weniger Verluste.

Aus Gründen der Energieeinsparung könnte ein flacher Spiegel nur so viel Energie abgeben, wie er von der Sonne erhalten hat, und der Querschnitt der Erde ist viel größer als der Querschnitt des Mondes, so dass proportional so viel weniger vorhanden sein wird Energie aus diesem Bild im Vergleich zur Mittagsenergie.

@annav-But Wenn wir den flachen Spiegel so groß wie den Durchmesser der Erde machen, kann er die Nachtseite der Erde beleuchten, um die Nacht in einen Tag zu verwandeln.
Sie können es mit der vollständigen Sonnenfinsternis durch den Mond vergleichen.Der Bereich der "totalen" Dunkelheit variiert mit dem Durchmesser des Mondes.Wenn der Durchmesser des Mondes der gleiche wäre wie der der Erde, könnte der Tag an allen Orten der Erde, an denen Sie die Sonne sehen können, in Nacht verwandelt werden.
Nun, das ist ein weiteres Problem, nicht das Mondproblem.
@descheleschilder Selbst wenn Sie einen Spiegel hatten, der genau dem Durchmesser der Erde entsprach, ist die Dichte des Lichts, das auf ihn trifft, geringer, weil er sich hinter der Erde und damit weiter entfernt befinden muss und weil das reflektierte Licht wieder dort gestreut wird, wo ein Teil davon sein wirdvermisse die Erde.Nur wenn der Spiegel etwas größer als die Erde wäre und alle reflektierten Strahlen auf die Erde fokussieren könnte, wäre Ihre Obergrenze der Lichtdichte möglicherweise dieselbe wie die, die die Erde direkt von der Sonne erhält.
@JimmyJames Es müsste nicht sehr weit "hinter" der Erde sein, verglichen mit der Entfernung von der Sonne zur Erde, so dass der Effekt, weiter entfernt zu sein, marginal sein könnte.Ein flacher Spiegel würde das Licht nicht zerstreuen, und wenn ein flacher Spiegel von der Größe der Erde richtig ausgerichtet wäre, würde so ziemlich das gesamte reflektierte Licht auf die Erde treffen (wiederum unter der Annahme, dass es viel näher an der Erde liegt als die Sonne).Descheleschilders Idee eines flachen Spiegels von der Größe der Erde, um Nacht in Tag zu verwandeln, ist daher theoretisch möglich (was die Optik betrifft).
Ein Beispiel für die totale Sonnenfinsternis von @annav-The hängt mit diesem Problem zusammen, da es das Gegenteil des fraglichen Problems ist.Im Falle einer totalen Sonnenfinsternis durch einen erdgroßen Mond verwandeln Sie die Tagesseite der Erde in Nacht (durch Absorption von Licht) und im Falle der Reflexion der Sonne durch einen flachen, kreisförmigen Spiegel mit demDurchmesser der Erde, verwandeln Sie die Nacht in Tag durch die Reflexion (statt Absorption) des Lichts.
Ja, ein kleiner Teil der Sonnenenergie geht nacheinander verloren.
Erwägenswert: Aufgrund der Reversibilität der Lichtstrahlen würde die Beleuchtung der Erde dem Bereich der Bild-Erde entsprechen, wie er von der Sonne auf dem Spiegelmond gesehen wird.Dies ist eine Vergrößerung von $ 1 / M = (380.000 \ text {km}) / (1.700 \ text {km} / 2) - 1, $ ~ 440 oder so. Ich denke, das bedeutet, dass wir so aussehen würden, als würden wir a besetzenKreis mit nur etwa 15 km Radius auf der Oberfläche und wir würden höchstens 1 / 200.000stel des Lichts sehen, das wir tagsüber sehen.Ich denke nicht, dass das bei Tageslicht dunkler ist als der Mond, aber es hängt von Albedo und anderen Dingen ab.
Laut [The Bad Astronomer] (http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2012/08/27/bafact-math-the-sun-is-400000-times-brighter-than-the-full-moon/) Die Sonne ist 400.000 Mal heller als der Mond, daher wäre der Spiegelmond nur ~ 2 Mal heller als der Mond.
mmesser314
2017-02-15 20:50:37 UTC
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Ich gehe davon aus, dass Details des Spiegels nicht der Punkt der Frage sind. Wir werden einen perfekt reflektierenden Spiegel annehmen und ihn so krümmen, dass das gesamte Licht mehr oder weniger gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt wird.

Nein, dies wäre nicht gleichbedeutend mit einer zweiten Sonne. Wie Anna sagt, müsste der Spiegel größer sein.

enter image description here

Bearbeiten: Ich habe die Skizze aktualisiert, um einen Ringspiegel anzuzeigen. Um die Erde wie eine zweite Sonne zu beleuchten, müsste sie ungefähr so ​​viel Licht wie die Erde abfangen und gleichmäßig auf der Nachtseite reflektieren. Das heißt, wenn der Spiegel eine flache Scheibe wäre, müsste er ungefähr die gleiche Oberfläche haben wie eine flache Scheibe von der Größe der Erde.

Da es einige tausend Meilen weiter von der Erde entfernt ist, wäre die Sonne etwas dunkler. Die Fläche müsste proportional größer sein. Wenn die Sonnenlichtintensität einem inversen Quadratgesetz folgt, wäre das Verhältnis $ d_ {Erde} ^ 2 / (d_ {Erde} - \ Delta d) ^ 2 $.

Bei $ d_ {Earth} = 93.000.000 $ Meilen ist dies ziemlich nahe an $ 1.00 $.

Aber sowohl die Erde als auch der Spiegel wären gekrümmt. Die Fläche des Spiegels hängt davon ab, wie der Spiegel gekrümmt und abgewinkelt ist. Ohne diese Details können wir nur sagen, dass es sich um die Größe der Erde handelt.

Wenn dies ein diffuser Reflektor wäre, würde es einen weiteren Verlust des inversen Quadratgesetzes geben, den Anna abgedeckt hat.

Ich gehe von einer Spiegelfläche aus. Es würde das gesamte Licht auf der Erde reflektieren und wie eine ringförmige Sonne aussehen.

@mmesser314-If der Spiegel ist groß genug, um überall auf der Erde eine perfekte Kopie der Sonne in Bezug auf das sichtbare Licht zu sehen.Ich denke, im Fall des kugelförmigen Mondes scheint die Sonne kleiner zu sein, so dass das Bild nicht die ganze Erde beleuchten kann.
Ja.Ein Spiegel von der Größe des Mondes wäre zu klein.Nach der Skizze müsste es ungefähr so groß wie die Erde sein.
@mmesser314 Aber wenn der Spiegel ungefähr so groß wie die Erde wäre, würde ein großer Teil davon während des Vollspiegelmondes im Schatten der Erde liegen.
@DavidRicherby - Ich habe die Skizze aktualisiert, um zu zeigen, wie es funktionieren würde.
descheleschilder
2017-02-16 14:48:48 UTC
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Selbst wenn ein kreisförmiger perfekter Spiegel den Durchmesser der Erde hat und angenommen wird, dass der Abstand von der Sonne der Erde gleich dem Abstand von der Sonne zum Spiegel ist, wird dieser Spiegel niemals in der Lage sein, die dunkle Seite von zu beleuchten die Erde vollständig.

Wenn die Neigung des Spiegels 0 Grad beträgt, kann das Licht der Sonne (wenn sich der Spiegel auf der der Sonne gegenüberliegenden Seite befindet) nicht die Oberfläche des Spiegels erreichen, da die Erde jegliches Licht von der Sonne abhält Sonne, um den Spiegel zu erreichen.

Wenn die Neigung so ist, dass alles Licht der Sonne den Spiegel erreichen kann und die Ausrichtung des Spiegels so ist, dass das gesamte reflektierte Licht die Erde erreicht, nur ein Teil ( obwohl ein großer Teil) des Lichts die dunkle Seite der Erde erreichen wird. Der andere Teil erreicht die Tageslichtseite der Erde, so dass ein großer Teil des Lichts die Nachtseite erreicht, während der andere Teil einen kleinen Teil der Tagseite heller macht. Ein relativ kleines Stück Dunkelheit bleibt im Dunkeln.

Wenn sich der Spiegel in einer Umlaufbahn senkrecht zu der Ebene dreht, in der sich die Erde dreht, dann [wieder mit einer geeigneten Ausrichtung, die in diesem Fall eine Neigung von 45 Grad in Bezug auf die Ebene ist, in der sich die Erde um die Ebene dreht Sonne (die Ekliptik)] Der halbe Teil der dunklen Seite wird beleuchtet, während der halbe Teil der Tagesseite doppelt so viel sichtbares Licht empfängt.

Tatsächlich kann der kreisförmige Spiegel nach einem zweiten Gedanken aufgrund seiner Neigung zur Ekliptik die Erde nicht so stark beleuchten wie die Sonne. Im vorherigen Beispiel des rotierenden Kreisspiegels müssen Sie die Kreisform in eine elliptische Form ändern.

Pere
2017-02-16 20:04:16 UTC
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Ein Blick auf einen perfekten flachen Spiegel ist wie ein Blick durch ein gleich großes Loch mit einer Sonne auf der anderen Seite. Daher sehen Sie eine zweite Sonne nur, wenn Sie darauf ausgerichtet sind, sodass Sie die gesamte Sonne durch das Loch sehen können. Da die Größen und Entfernungen die gleichen Größen und Entfernungen haben, die an einer Sonnenfinsternis beteiligt sind, folgt das Licht der gespiegelten Sonne dem gleichen Muster wie der Schatten einer normalen Sonnenfinsternis. Deshalb:

  • Das gesamte von der Erde empfangene Licht wird klein sein. Dies entspricht der durchschnittlichen Lichtabnahme bei einer Sonnenfinsternis. Das heißt, so klein wie andere Antworten durch unterschiedliche Überlegungen gezeigt haben.
  • Der Bereich, von dem aus Sie das gleiche Licht vom Spiegel als von der Sonne erhalten können, ist so groß wie der Bereich, von dem aus Sie eine totale Sonnenfinsternis sehen können - sehr klein.
  • In der Nähe befindliche Gebiete erhalten einen Teil dieses Lichts, so wie einige Gebiete teilweise Sonnenfinsternisse sehen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nur ein kleiner Bereich der Erde eine weitere Sonne bekommt und der durchschnittliche Effekt winzig ist.

@Pere-I versteht Ihre Denkweise, weil ich ähnlich gedacht habe.Diese Antwort wäre wirklich schwierig, wenn es einen ebenen, kreisförmigen Spiegel mit dem gleichen Durchmesser wie der Mond (und mit der richtigen Ausrichtung) gäbe, der die Erde umkreist.Da ein kugelförmiger Spiegel die Lichtmenge verringert, die die Erde erreicht (siehe die erste Antwort von Anna V), ist die Lichtmenge, die die Erde erreicht, geringer als die "Menge" des Schattens in einer vollständigen Sonnenfinsternis.
@descheleschilder Ja, diese Antwort deckt den Fall eines perfekten flachen Spiegels mit demselben scheinbaren Durchmesser des Mondes ab.Wenn der Spiegel kugelförmig wäre, könnte die Sonne von jedem gesehen werden, der den Spiegel von der Nachtseite der Erde aus sehen kann, aber dieser Fall wird bereits von der akzeptierten Antwort abgedeckt.
Jake Watrous
2017-02-15 19:45:15 UTC
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Wie Sie es fragen, nein.Jeder sphärische oder nicht kugelförmige Spiegel würde dem Licht etwas Energie rauben (seine Frequenz ändern), da der Spiegel leicht erwärmt und beim Reflektieren des Lichts gedrückt würde.

Es würde die Nächte weniger dunkel machen, aber nicht annähernd so viel Licht oder Energie liefern wie eine zweite Sonne.

-Ich habe meine Frage bearbeitet, um klarer zu machen, was ich meine. Mit dem beobachteten Durchmesser meinte ich den * scheinbaren * Durchmesser und bezog mich auf einen perfekten Spiegel, sodass bei der Reflexion keine Energie verloren geht.
Die Frage besagt, dass der beobachtete [scheinbare] Durchmesser von Mond und Sonne gleich ist.
Er hat es geändert.Früher hieß es Erde.
... ändern Sie also Ihre Antwort, um die (jetzt korrigierte) Frage wiederzugeben.
Auch die Behauptung, dass der Spiegel dem Licht etwas Energie rauben würde, insbesondere durch Ändern seiner Frequenz, ist ziemlich falsch, insbesondere wenn Sie die Heizung dafür verantwortlich machen wollen.Erhitzen würde die * Amplitude * verringern und wird ausdrücklich ausgeschlossen, da die Frage einen perfekten Spiegel darstellt.Die Frequenz würde sich nur über eine Doppler-Verschiebung ändern, was lächerlich winzig wäre.
@emilio Ich nehme an, er meinte, dass der Spiegel nicht bei allen Frequenzen gleich gut ist


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